О программе

Ю. В. Шваров, 2015
Программа H2O-H2S-NaCl
Руководство пользователя
О программе ..............................................................................................................................1
Установка программы ............................................................................................................1
Файлы и папки ..........................................................................................................................1
Создание файлов данных .........................................................................................................2
Пользовательский интерфейс программы H2O-H2S-NaCl ..............................................2
Исходные данные......................................................................................................................2
Результаты расчётов .............................................................................................................3
Работа с программой H2O-H2S-NaCl ...................................................................................3
Дополнительные замечания ..................................................................................................4
Литература ..............................................................................................................................5
Приложение. Сообщения об ошибках ..................................................................................5
Ошибки, возникающие при работе ......................................................................................5
Ошибки, выявляемые в файле данных ................................................................................5
О программе
Программа H2O-H2S-NaCl рассчитывает свойства компонентов указанной тройной
системы на основе термодинамической модели, описанной в [1]. Рассчитываются как
свойства чистых компонентов системы, так и свойства водного раствора (вплоть до
насыщенного) для температур от 0 до 325 °C и давлений от 1 до 1000 бар.
Термодинамические свойства чистых компонентов рассчитываются на основе уравнения
состояния [2] для H2S и [3] для H2O. Для определения свойств компонентов в смеси
используются методы, описанные в [4].
Программа работает под управлением операционной системы Windows (версии от 98
и выше) и требует наличия установленной на компьютере программы Microsoft Excel
(версии 8.0 и выше).
Установка программы
Для установки программы на компьютер запишите в отдельную (“домашнюю”)
папку на жёстком диске два файла – исполняемый файл H2O-H2S-NaCl.exe и шаблон для
создания файлов данных H2O-H2S-NaCl.xls.
Создайте ярлык исполняемого файла H2O-H2S-NaCl.exe и поместите его на рабочий
стол или в любое другое удобное для вас место. В дальнейшем с помощью этого ярлыка
вы сможете запускать программу H2O-H2S-NaCl обычным образом.
Файлы и папки
В качестве файла исходных данных программа H2O-H2S-NaCl использует рабочую
книгу Excel и туда же записывает результаты работы. Для первоначального создания
файла исходных данных надо запустить программу H2O-H2S-NaCl, нажать в её окне
кнопку “Create new data file” и заполнить требуемые поля в открывшемся шаблоне.
Записать файл исходных данных и результатов расчёта на диск можно только с помощью
программы Excel (меню File, команда Save as...). Не записывайте файлы данных в
домашнюю папку программы H2O-H2S-NaCl. Используйте для таких файлов другую,
“рабочую” папку.
Ю. В. Шваров, 2015
Создание файлов данных
Для создания файла данных следует воспользоваться шаблоном как описано выше.
Шаблон – это рабочая книга Excel (H2O-H2S-NaCl.xls), записанная в домашней папке
программы и состоящая из двух рабочих листов, содержащих все нужные ключевые слова
и размеченная под данные для программы H2O-H2S-NaCl. Ключевые слова – это слова,
которые описывают данные и которые вы не должны изменять (если вы измените какоелибо ключевое слово, программа H2O-H2S-NaCl не будет работать с таким файлом
данных). Каждая ячейка шаблона, содержащая ключевое слово, снабжена комментарием,
разъясняющим смысл данных, описываемых этим ключевым словом. Шаблон имеет
атрибут “только для чтения”, поэтому после заполнения всех необходимых полей или
после выполнения расчётов полученный файл данных следует записать в рабочую папку
(возможно, под другим именем, но с расширением .xls).
Пользовательский интерфейс программы H2O-H2S-NaCl
При запуске программа H2O-H2S-NaCl первым делом проверяет наличие в памяти
компьютера работающей программы MS Excel и, если её нет, запускает её, не открывая
никакой рабочей книги. Если программа Excel уже работает во время старта
H2O-H2S-NaCl, новой копии Excel не создаётся. Если в системе не установлена
программа Excel или версия этой программы слишком старая, программа H2O-H2S-NaCl
не стартует. Если же с программой Excel всё в порядке, на экране появляется сокращённое
окно программы H2O-H2S-NaCl содержащее всего две кнопки, которые позволяют
открыть нужный файл данных или создать новый.
Кнопка “Create new data file” позволяет создать новый файл данных, вводя исходную
информацию в шаблон рабочего листа Excel. Эта кнопка доступна только в том случае,
если в домашней папке программы H2O-H2S-NaCl присутствует файл H2O-H2S-NaCl.xls
(см. раздел “Установка программы”). При нажатии этой кнопки шаблон загружается в
Excel и начинает считываться программой как обычный файл данных. Единственное, что
нужно помнить: записывать полученный файл на диск следует средствами программы
Excel (меню File, команда Save as...).
Кнопка “Open existing data file” позволяет открыть уже существующую на диске
рабочую книгу Excel с исходными данными задачи. Эта кнопка доступна всегда. При
нажатии этой кнопки на экране появляется стандартный диалог открытия файла, в
котором вы можете выбрать папку и необходимую рабочую книгу Excel (расширение .xls).
После нажатия кнопки Open выбранная рабочая книга открывается, и программа
H2O-H2S-NaCl начинает читать информацию с текущего рабочего листа. При чтении
данных программа проверяет их на наличие ошибок. Если ошибка обнаружена, выдается
диагностирующее сообщение (с указание строки и столбца, где обнаружена ошибка) и
чтение данных прекращается – в этом случае необходимо исправить указанную ошибку на
текущем рабочем листе и вернуться к программе H2O-H2S-NaCl для повторного
считывания данных. Если при открытии файла данных ошибок не обнаружено, программа
H2O-H2S-NaCl сообщает, какое количество точек содержится в файле, и открывает своё
окно полностью.
Признаком того, что рабочий файл открыт, и в нём нет ошибок, является полное
окно программы H2O-H2S-NaCl; при этом заголовок окна содержит название текущего
рабочего листа. В полное окно программы дополнительно входит кнопка “Calculate
values”, позволяющая выполнить требуемый расчёт.
Исходные данные
Данные программы H2O-H2S-NaCl расположены на двух рабочих листах одной
книги Excel – первый лист (“Components”) предназначен для описания свойств чистых
2
Ю. В. Шваров, 2015
компонентов (H2O, H2S, NaCl) и бинарных водных растворов, второй (“Ternary system”) –
для описания свойств тройной системы. Структура обоих листов одинакова: первая строка
содержит название системы, вторая и третья являются заголовками таблиц исходных
данных и результатов расчётов – эти строки не должны изменяться пользователем.
Исходные данные, задаваемые пользователем, располагаются в левой части таблицы,
данные, получаемые программой – справа от них. Количество строк в таблицах
результатов ничем не ограничивается – они зависят лишь от количества строк исходных
параметров (условий), заданных пользователем.
Первый лист (Components). Входными параметрами являются температура
(столбец A) и давление (столбец B). Температура задаётся в градусах Цельсия, давление –
в мегапаскалях. Если какой-либо параметр выходит за пределы, допустимые моделью,
программа выдаёт сообщение об ошибке, указывая координаты ячейки с недопустимым
значением. В этом случае пользователь, закрыв окно с этим сообщением, может исправить
ошибку на рабочем листе, вернуться в окно программы H2O-H2S-NaCl и повторно нажать
кнопку “Calculate values”.
Второй лист (Ternary system). Помимо температуры и давления, которые задаются
так же, как описано выше, на втором листе можно задавать моляльности двух
компонентов этой системы – H2S и NaCl (как видно, программа предполагает, что вода в
системе присутствует всегда). Если соответствующие ячейки оставить пустыми,
программа примет для них нулевые значения.
Задавая давление, можно вместо числа ввести “sat” – это обозначение давления
насыщенного пара воды. Значение “0” в этой графе обозначает давление насыщенного
пара при T > 100 °C, но P = 0.1 MPa при T < 100 °C.
Результаты расчётов
Расчёт запускается кнопкой “Calculate values”. Результаты расчёта помещаются
программой H2O-H2S-NaCl в подготовленную таблицу на текущем рабочем листе Excel.
Таким образом, расчёты выполняются для каждого листа независимо.
Второй лист (Ternary system) имеет одну особенность. Пользователь может задавать
концентрации компонентов системы до некоторой степени произвольно, поэтому может
оказаться, что заданные им концентрации H2S и/или NaCl превышают пределы их
насыщения в водном растворе при заданных температуре и давлении. Однако программа
H2O-H2S-NaCl рассчитывает свойства системы и в таких ситуациях. Для того чтобы
показать пользователю, что раствор пересыщен (если это так), программа использует
цветовую индикацию. А именно: нормальные результаты представляются на листе
чёрным шрифтом, пересыщение по H2S индицируется синим, а пересыщение по NaCl –
красным. Эти цвета могут “складываться”: в случае, если пересыщение имеет место для
обоих компонентов, результаты будут иметь цвет фуксии (magenta).
Работа с программой H2O-H2S-NaCl
При работе с программой H2O-H2S-NaCl приходится постоянно переключаться
между окном программы, содержащей управляющие элементы, и рабочей книгой Excel,
содержащей исходные данные и результаты расчётов. При этом пользователю нужно
иметь в виду следующее: после любого изменения текущего листа рабочей книги
необходимо завершить операцию изменения путём нажатия клавиши Enter или перехода
на другую (не изменившуюся) ячейку рабочей книги (например, с помощью клавиши Tab
или щелчка мыши). Если операция модификации содержимого ячейки не завершена,
правильное переключение на окно программы H2O-H2S-NaCl невозможно – это свойство
операционной системы. Активизацию окна H2O-H2S-NaCl рекомендуется производить
щелчком мыши на её заголовке, а не на элементе управления (кнопке). Такой способ
3
Ю. В. Шваров, 2015
переключения обусловлен тем, что после возврата управления из рабочей книги
программа H2O-H2S-NaCl всегда заново считывает всю информацию рабочего листа,
проверяя её на изменения и возможные ошибки, и при необходимости может выдать
информационное или диагностическое сообщение.
Возможны два типа сообщений, выдаваемых программой H2O-H2S-NaCl после
получения управления:
 “Row = …, Col = …: <text>”. Сообщение об ошибке на рабочем листе текущей рабочей
книги. Значения Row и Col указывают место ошибки на листе в координатах номер
строки - номер столбца. Текст сообщения характеризует ошибку (см. Приложение).
Прежде, чем приступать к исправлению ошибки, нужно щелкнуть на кнопке OK в окне
сообщения, чтобы закрыть его. После обнаружения ошибки окно программы
H2O-H2S-NaCl становится сокращённым, делая недоступной кнопку “Calculate values”.
 “Number of points: …”. Сообщение выдаётся, если количество расчётных точек на
рабочем листе изменилось с момента последней активации окна программы
H2O-H2S-NaCl. Это чисто информационное сообщение; оно не требует никаких
действий, кроме закрытия этого окна (кнопкой OK или кнопкой Close). Выдача этого
сообщения подтверждает, что на рабочем листе ошибок не обнаружено; окно
программы H2O-H2S-NaCl становится полным, предоставляя возможность запустить
расчёт.
Если в результате изменения рабочего листа количество расчётных точек не
изменилось, и программа не обнаружила ошибок, то активированная программа
H2O-H2S-NaCl не выдаёт никаких сообщений, а её окно имеет полный размер, давая
возможность выполнять все допустимые в данной ситуации команды.
Для того чтобы закончить работу с программой H2O-H2S-NaCl, достаточно просто
закрыть её окно кнопкой Close. При этом текущий рабочий лист остаётся на экране, а сама
программа Excel остаётся в памяти и продолжает работать независимо от её исходного
состояния перед запуском программы H2O-H2S-NaCl; это позволяет продолжить работу с
полученными результатами. Не рекомендуется закрывать программу Excel при
работающей программе H2O-H2S-NaCl – это приведёт к немедленному закрытию
последней.
Дополнительные замечания
1. Интервалы допустимых значений параметров состояния, принятые в программе
H2O-H2S-NaCl, выбраны близкими к тем, которые рекомендованы авторами модели
[1], хотя и несколько шире их. Однако пользователь может иногда пожелать выйти за
указанные пределы параметров состояния. Это можно сделать, задав опцию командной
строки /ie. Помните, что, задавая опцию /ie, всю ответственность за использование
полученных результатов вы берёте на себя!
2. Программа H2O-H2S-NaCl использует свойства жидкой воды, рассчитываемые по
модели [3]. Поэтому не любые комбинации T-P параметров являются допустимыми.
Программа следит за значениями параметров состояния и не позволяет работать в
области газообразной воды. Однако, даже если пользователь задал величину давления
меньшей, чем давление насыщенного пара при данной температуре, это не вызывает
автоматического отказа программы H2O-H2S-NaCl от выполнения расчёта в этой точке
– в подобных случаях программа всегда пытается решить задачу для метастабильной
жидкой воды. И только если эта попытка неудачна, выдаётся сообщение о недопустимо
малом давлении.
4
Ю. В. Шваров, 2015
Литература
1. N. N. Akinfiev, V. Majer, Yu. V. Shvarov (2016). Thermodynamic description of H2S-H2ONaCl solutions in a range of temperatures to 573 K and at pressures to 40 MPa. // Chemical
Geology, 424, 1-11.
2. E. W. Lemmon, R. Span (2006). Short fundamental equations of state for 20 industrial fluids.
// J. Chem. Eng. Data, 51, 785-850.
3. Revised Release on the IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of
Ordinary Water Substance for General and Scientific Use // The International Association for
the Properties of Water and Steam. Doorwerth, The Netherlands. September 2009.
4. D. G. Archer (1992). Thermodynamic Properties of the NaCl + H2O System. II.
Thermodynamic Properties of NaCl(aq), NaCl2H2O(cr), and Phase Equilibria. // J. Phys.
Chem. Ref. Data, 21, 793-829.
Приложение. Сообщения об ошибках
Сообщение об ошибке
Комментарий
Ошибки, возникающие при работе
Could not run Excel
На компьютере не установлен MS Excel или его версия
ниже 8.0 (Office 97). Установите современный Excel
Could not open the file
Ошибка открытия файла. Проверьте, не занят ли файл
другой программой
Do not work in the home
Вы пытаетесь записать рабочий файл в домашнюю папку,
folder!
что не разрешается. Запишите файл в рабочую папку
H2O-H2S-NaCl closed:
После возврата управления программа H2O-H2S-NaCl не
could not find an open
нашла ни одной открытой рабочей книги Excel. Для
worksheet
нормального завершения работы сначала закрывайте
H2O-H2S-NaCl, и лишь потом Excel
Ошибки, выявляемые в файле данных
Unrecognized worksheet
Имя рабочего листа отличается от “Components” или
“Ternary system”. Проверьте файл данных
Format error or incorrect
Программа обнаружила, что в указанной ячейке содержится
keyword
недопустимое значение. Исправьте ошибку
T/P/D value(s) out of range
Температура, давление или плотность воды имеет
недопустимое значение. Исправьте параметры точки или
запустите программу с опцией /ie (на свой страх и риск)
Saturation vapor pressure
При указанной температуре давления насыщенного пара
does not exist
воды не существует. Исправьте температуру или давление
Illegal value of m(H2S)
Моляльность H2S отрицательна. Исправьте параметр
Illegal value of m(NaCl)
Моляльность NaCl отрицательна. Исправьте параметр
5